激光对低温胁迫植物的防护机理研究

利用激光提高农作物抗UV-B辐射损伤、干旱胁迫能力的研究曾被Nature作为研究亮点予以报道。申请人利用CO2激光辐射小麦种子，研究发现激光处理能提高SOD、POD、CAT活性，降低氧化型谷胱甘肽和丙二醛含量，促进生长，提高幼苗对低温伤害的抗性。但是，其防护机理还不清楚。植物对低温胁迫响应机制涉及许多方面, 包括膜脂组成的变化、抗氧化酶活性与非酶物质含量的变化、低温应答基因表达的时空变化、一氧化氮(NO)信号分子和乙烯应答合成的变化等等。为此，本研究拟以典型温带植物拟南芥作为实验材料，研究激光是如何调控植物体中酶促防御系统和非酶促防御系统？激光处理是如何调节一氧化氮和乙烯的生物合成？激光处理是如何调节渗透胁迫应答基因表达以及相关转录调控因子活性？ 揭示激光对低温胁迫植物防护的分子机制，为利用激光提高植物抗低温胁迫能力提供理论依据。

为探讨研究激光是如何调控植物体中酶促防御系统和非酶促防御系统，激光处理是如何调节一氧化氮和乙烯的生物合成，激光处理是如何调节渗透胁迫应答基因表达以及相关转录调控因子活性，本项目以冬小麦为试验材料，围绕上述科学问题进行了深入的实验研究，研究发现：(1)冷胁迫导致冬小麦幼苗自由基双氧水（H2O2）和超氧阴离子（O2-）浓度增加，超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）和谷胱甘肽还原酶（GR）、一氧化氮合成酶（NOS）活性及一氧化氮（NO）及蛋白质含量显著下降，幼苗生长发育延缓；种子经过NO清除剂、一氧化氮合成酶、硝酸还原酶抑制剂及乙烯清除剂预处理后再经冷胁迫，细胞内自由基(H2O2, O-2)显著高于单独冷胁迫，超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）和谷胱甘肽还原酶（GR）、一氧化氮合成酶（NOS）活性及一氧化氮（NO）及蛋白质含量显著低于单独冷胁迫；但是种子过NO清除剂、一氧化氮合成酶和硝酸还原酶抑制剂及乙烯清除剂预处理后再进行激光处理，其细胞内自由基(H2O2, O-2)显著降低，上述参数显著升高；种子经过NO清除剂、一氧化氮合成酶和硝酸还原酶抑制剂及乙烯清除剂预处理后再用激光辐射，然后再经冷胁迫，其细胞内自由基(H2O2, O-2)显著提高，上述其他参数显著高于一氧化氮清除剂和冷胁迫复合组。但是，种子经过NO共体和乙烯合成前出现相反的结果。这一结果佐证了激光首先诱导了NO和乙烯信号生物合成，从而诱导抗氧化防御系统发挥其功能。在该项目资助下，发表言论论文4篇（SCI三篇），待发表SCI二篇。